Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Orsaypouthas @ipno.in2p3.fr Grande surface Photomultiplicateurs...

Photodétecteurs

Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr

Grande surface

Photomultiplicateurs de grande surfaceen physique expérimentale

Dispositifs expérimentaux

Rayons cosmiques de haute énergieNeutrinos. Télescopes "sous marins"Grands "Cerenkov" compacts

Futures expériences et R&D associée

Collaboration en cours avec PHOTONIS

Projets

Photodétecteurs


Grande surface

Dispositifs expérimentauxRayons cosmiques (Observatoire Pierre Auger)

5000Photomultiplicateurs

Photonis XP 1805

9 " , Gain : 2.105

3 Photomultiplicateurs

Grande dynamique

Très bonne linéarité

Photodétecteurs


Grande surface

Dispositifs expérimentauxNeutrinos. Télescopes "sous marins"

Baikal Antares

Dumand (Hawaï)

Lac Baïkal (Russie)

Amanda / Ice Cube (Pôle Sud)

Antares (Méditerranée, France)

Nestor (Méditerranée, Grèce)

Amanda / Ice Cube

Grandes surfaces et efficacités

Faibles signaux Bonne SER

Bonne caractéristiques temporelles

Photodétecteurs


Grande surface

Dispositifs expérimentauxNeutrinos. Télescopes "sous marins"

Dumand Philips XP260015" hybride

Baïkal Quasar-370 /Ugon15" hybride

Amanda Hamamatsu R5912-028" , Gain : 109

Ice Cube Hamamatsu R7081-02 10" , Gain : 107

Antares Hamamatsu R7081-20 10" , Gain : 108

Nestor Hamamatsu R8055

13" , Gain : 107Amanda

Baïkal

Photodétecteurs


Grande surface

Dispositifs expérimentauxNeutrinos. Grands "Cerenkov" compacts

SNO (USA)

MiniBoone (USA)

Borexino (Italie)

Super Kamiokande

Kamiokande

Super Kamiokande

Kamland

(Japon)


Faibles signaux Bonne SER


Faible radioactivité Verre bas bruit

Photodétecteurs


Grande surface

Dispositifs expérimentauxNeutrinos. Grands "Cerenkov" compacts

SNO Hamamatsu R14088" , Gain : 107

Borexino ETL 93518" , Gain : 107

MiniBooNe Hamamatsu R5912 8" , Gain : 107

Kamiokande Hamamatsu R3600Super Kamio. Hamamatsu R3600-02

20" , Gain : 107

Kamland Hamamatsu R7250 17" , Gain : 107Super Kamiokande

Photodétecteurs


Grande surface

Futures expériences

Rayons cosmiques Auger Nord (USA)

Télescopes sous-marins Nemo, Km3 (Méditerranée)

(Very Large Volume Neutrino Telescope)

Grands Cerenkov compacts

Hyper Kamiokande

Hyper Kamiokande(Japon)

UNO (USA)

Megatonne (Europe)

Photodétecteurs


Grande surface

8 inch 10 inch13 inch

20 inch 8 inch R1408 : SNO / CANADA, LSND / LANL

R5912 : MILAGRO / LANL, mini-Boone / FNAL

R5912-02 : AMANDA / South-Pole

10 inch R7081-20 : ANTARES (0.1km2) / Marseille

R7081-02 : ICECUBE / South-Pole

? inch PMT? : KM3 EXPERIMENT

13 inch R8055 : NESTOR

17 inch R7250 : KamLAND / Japan

20 inch R3600-02 : SUPER-KAMIOKANDE / Japan

8 inch R1408 : SNO / CANADA, LSND / LANL

R5912 : MILAGRO / LANL, mini-Boone / FNAL

R5912-02 : AMANDA / South-Pole

10 inch R7081-20 : ANTARES (0.1km2) / Marseille

R7081-02 : ICECUBE / South-Pole

? inch PMT? : KM3 EXPERIMENT

13 inch R8055 : NESTOR

17 inch R7250 : KamLAND / Japan

20 inch R3600-02 : SUPER-KAMIOKANDE / Japan

Yuji Yoshizawa , Octobre 2003

Photodétecteurs


Grande surface

Arrêt du projet PM de 40 pouces

Orientation : 20 pouces MaxHPD (PM hybride)

Design possible : HPD 20" double

Fabrication PM 20"

Prototype : HPD 5" 8 kV et APD 3mm

Photocathode

APD

Photodétecteurs


Grande surface

Quelques R&D en cours

Andrea Bersani , NEMO-ANTARES group, VLVvT Conference, Octobre 2003

R R

PM standard : pas de localisation Adjonction de guides de lumièreLocalisation si PM multi-anode

Essais en coursavec des matériaux faible de coût(aluminised PETG)

Photodétecteurs


Grande surface



Quasar370 was developed for Baïkal Large sensitive area (14.5”dia.) HV to accelerate photoelectrons A second scintillator to reconvert

primary photoelectrons into photons A commercial, small-diameter PMT

for final reading It needs HV (20 to 30 KV) inside the OM TTS can be strongly reduced It has an astonishing resolution

Référence (premier HPD) Quasar370 (Philips XP 2600)

Photodétecteurs


Grande surface



• Take a Quasar370 and:

Simplify the geometry Optimize TTS Create a segmented reading

12/24V to 20/30KV converter

YAP inorganic scintillator layer 4 Hamamatsu R7899 1” PMTs

Photodétecteurs


Grande surface


Michele Giunta, INFN Pisa, VLVvT Conference, Octobre 2003

Prototype 5’’ Final 10’’

Cadre : Expérience CLUETom Project (2001)

PhotocathodeBi-alcaline ou Rb2Te

20/30 kV

Diode Si pixélisée

Dispositif pour évaporation (INFN Pisa et CERN)

Photodétecteurs


Grande surface

SynthèsePM classiques

Taille de 8 à 15 pouces, jusqu’à 20 ?


Bonne SER


Avec aussi Verre bas bruit

Bonne linéarité

Renouveau des HPD (PM hybrides)

Localisation possible

Excellente SER

+ Possibilité de collection de lumière extérieure au PM ?

Photodétecteurs


Grande surface

PHOTONIS

Essais au Lac Baïkal (Philips XP2600)

1980 – 1990

R&D sur tubes avec diode PIN(Collaboration CERN)

Depuis 2OOO

Adaptation du XP1802 à AUGER Réduction du gain (XP1805)

Chaîne de production des tubes de 9 pouces

Collaboration PHOTONIS / IPN Orsay

1990 – 2000

Tubes (base vision nocturne) avec APD

Tubes boules pour SNO (XP1802, 9’’)

Proposition BOREXINO (idem)

Développement pour ANTARES (XP1804, 10,4’’)

Photodétecteurs


Grande surface

Collaboration avec PHOTONIS

Laboratoires :

IPN Orsay, LAL Orsay et INFN Torino

Cadre :

Bourse BdI (50% Auger) , Oct 2003 – Oct 2006

Programme CNRS Astroparticules , Eté 2004

Objectifs :

Développement de grands PMElectronique (FE) associée

Photodétecteurs


Grande surface

PHOTONISCollaboration avec IPN Orsay

Etude des expériences en cours et futures

Compréhension des caractéristiques des PM

Caractérisation de nouveaux PM

Sensibilité de photocathode PHOTONISGain en mode DC PHOTONISCourant d’obscurité PHOTONISRéponse en électron unique (SER) et bruit PHOTONIS et IPNOUniformité de réponse PHOTONIS et IPNOLinéarité PHOTONIS et INFN TorinoPost-impulsions IPNOEfficacité de détection (relative) IPNOSensibilité au champ magnétique terrestre IPNOEvolution du bruit avec la température IPNOFluctuations temporelles IPNO

+ Electronique (exposé de Christophe)

Photodétecteurs


Grande surface

Bancs de tests IPN Orsay

Réponse en électron unique(gain, amplitude, P/V)

Caractéristiques temporelles

Uniformité de photocathode

Efficacité de détection (relative)

Source de lumière : - 241Am + NE111- Diode

PM XP2020

Chariot mobile

Banc de test 1

Photodétecteurs


Grande surface

Bancs de tests IPN Orsay

Banc de test 2

Bruit

Variation avec la température la HT

Post impulsions

Enceinte climatique(Voestch VC4034)

+ Boite noire Al

(-40° à +50° )

Boite noire(bois)

Effet du champ magnétique

Photodétecteurs


Grande surface

Quelques résultats

SER et TempsXP 1806, 8 pouces, type ANTARESSER

P/V = 3

Temps

(Limite:2 ns)

Température

« Bursts »

Photodétecteurs


Grande surface

Quelques résultats

Post impulsions(Mesures à l’oscilloscope numérique)

XP 1806, 8 pouces, type ANTARES

Distribution en temps

Distribution en amplitude Taux de comptage différentiel

Photodétecteurs


Grande surface

Progamme

Année 1 (Sept 03-Sept 04)

Mise au point des méthodes et bancs de testsCaractérisation sur des PM de référence


Fabrication et mesures de différents PM classiques (8’’ à 12’’)

Etudes de verrerieEtudes sur des HPD


Fin des mesures en PM classique… jusqu’à 15 pouces ?Comparaison PM classique

HPD de 2 types (PM et APD) (Taille 12’’ ou 13’’)

Remarque

Limite actuelle en taille (PHOTONIS et IPNO) 15 pouces

Photodétecteurs


Grande surface

Participants

PHOTONIS

Pascal Lavoute, Cyril Moussant

Secteur Développement + Fabrication PM

IPN Orsay

R&D Détecteurs : Joël Pouthas, Bernard Genolini, Thi Nguyen Trung

Etudiant BdI (50%) : Damien Dornic

Stagiaires DUT (et vacataires ?) pour les séries de mesures

+ Collaboration INFN Torino

Photodétecteurs


Grande surface

Demande financementCNRS / IN2P3

Appel d’offres CNRS en Astroparticules

« R&D sur les photomultiplicateurs et l’électronique associée »(IPN Orsay, LAL Orsay et PHOTONIS)

Demandé en 2004 : 44 kE HT (dont 23 pour les PM)Obtenu (Sept 04) : 35 kE HT

En 2005 : Annoncé 35 kE HT (dont 13 pour les PM)+ Manque 2004 (11 kE) ?

En 2006 : ???

Demande IN2P3 en Equipement de Laboratoire

« Equipements pour les études et tests de détecteurs »

Demandé en 2004 44 kE HT Obtenu : 0

Demande 2005 : 35 kE HT + Vacations ?

Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Orsaypouthas @ipno.in2p3.fr Grande surface Photomultiplicateurs...

Documents

Transcript of Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Orsaypouthas @ipno.in2p3.fr Grande surface Photomultiplicateurs...